Natürliche Radioaktivität 1 Natururan (NU)

Natürliche Radioaktivität
Prof. Dr. S. Prys
Bildquelle: www.wikipedia.de
1 Natururan (NU)
Gammaspektrum von Natururan
U-238
99,3 %
U-235
0,7 %
Bildquelle: www.wikipedia.de
1
1.1 Zerfallsreihen
Zerfallsreihe: Abfolge von radioaktiven Zerfällen
Uran-Radium-Reihe:
Uran-Actinium-Reihe:
Thorium-Reihe:
Neptunium-Reihe:
Ausgangsnuklid
Ausgangsnuklid
Ausgangsnuklid
Ausgangsnuklid
U-238
U-235
Th-232
Np-237
Endnuklid Pb-206
Endnuklid Pb-207
Endnuklid Pb-208
Endnuklid Bi-209
Die 4. Zerfallsreihe kommt in der Natur nicht vor, da das langlebigste Glied
237Np dieser Reihe praktisch vollständig zerfallen ist.
1.1.1 Die Uran-Radium-Zerfallsreihe
2
1.1.2 Die Uran-Actinium-Zerfallsreihe
1.1.3 Die Thorium-Zerfallsreihe
3
1.1.4 Grösste Uranvorkommen
der Erde
Bildquelle: www.wikipedia.de
1.1.5 Der Naturreaktor von OKLO
Entdeckt 1972 in OKLO (Gabun) – funktionierte vor ~ 2 Mrd Jahren
Bildquelle: http://oklo.curtin.edu.au/when.cfm
4
1.1.5.1 Reaktorbetrieb
mehrere Hundertausend Jahre bei ca.100 kW und Aufheizung
vermutlich bis zu 450 °C auf.
Bildquelle: http://oklo.curtin.edu.au/when.cfm
1.1.5.2 OKLO Zeitverlauf
U Mobilisierungsphase
U Erz/Reaktorbildungsphase
U Reaktor “in Betrieb”
Betriebsdauer:
Spaltprodukteinlagerung
vor ~3,5 Mrd Jahren
vor ~2,8 Mrd Jahren
> 50% UO2
vor ~2 Mrd Jahren, z.B. Zone 15
einige 100 000 Jahre
bis jetzt
5
1.1.5.3 OKLO Spaltprodukte
Spaltung
von U-238 mit schnellen Neutronen
von Pu-239 mit thermischen Neutronen  nur aus Brutreaktion möglich
U  01n 
238
92


U 
239
92


Np 
239
93
239
94
Pu
und U-235 mit thermischen Neutronen
1.1.5.4 OKLO „Endlager“
OKLO Reaktoren sind für die Endlagerforschung wertvoll
6
Übung
Suchen Sie die Halbwertszeiten der
wandernden Spaltprodukte heraus !
1.1.5.5 Multiple Barrieren für
Radionuklide
Endlager der Natur
Geologisch stabile Formation
Medium geringer Porösität
Stark absorbierendes Medium
Eisenbehälter
Chemisch & thermisch
stabiles Mineral
Geologisch stabile Formation
Medium geringer Porösität
Stark absorbierendes Medium
Fe-Container
Radioaktiver Abfall
In chemisch & thermisch
stabilem Mineral
7
1.1.6 Uranminerale
Bildquelle: www.wikipedia.de
1.1.7 Uraninit
Uraninit UO2
spezifische Aktivität: 157,788 MBq/kg
Metamiktes Gestein (Zerstörung der
kubischen Gitterstruktur durch
Radioaktivität)
Dichte: 11 - < 7 g/cm3
Vorkommen: Erzgebirge, Schwarzwald,
Tschechien, Zentralmassiv
(Frankreich),Kanada, Australien,
Russland, Norwegen
Bildquelle: www.wikipedia.de
8
1.1.8 Pechblende & Co
Pechblende U3O8
(=UO2*U2O6), selten U3O7
Autunit
Ca(UO2)2(PO4)2 x 8 − 12 H2O
Torbernit
Cu(UO2)2(PO4)2 x 12 H2O
Bildquelle: www.wikipedia.de
1.1.9 Autunit mit Fluoreszenz
Autunit
Ca(UO2)2(PO4)2 x 8 − 12 H2O
spezifische Aktivität: ~ 86 MBq/kg
Fluoresziierende Eigenschaften
Bildquelle: www.wikipedia.de
9
1.1.10 Uranothorit
Uranothorit (Th,U)SiO4
spezifische Aktivität: ~ 32 MBq/kg
Isotop Th-232
Anwendung im THTR
Brutstoff zur Gewinnung von U-232
Bildquelle: http://www.mindat.org/min-8611.html
1.1.11 Polymetallisches U-Erz
Erzgebirge
Bildquelle: www.wikipedia.de
10
1.2 Metallisches Uran
Kommt in der Natur kaum vor
Uran U
Lithophiles Element
(=reichert sich in Silikatschmelzen an)
Oxidationsstufen:
+4
(kaum wasserlöslich)
+6
(gut wasserlöslich  farbige Uranylkomplexe)
Annagrün: Einfärben von Glas
Bildquelle: www.wikipedia.de
2 Thoriumminerale
Thorianit ((Th,U)O2)
spezifische Aktivität: ~39,4 MBq/kg
Geringe metamikte Eigenschaften
Monazitsand
((Ce,La,Nd,Th)[PO4],
4–12 % Thoriumdioxid ThO2)
Thorianit
Bildquelle: www.wikipedia.de
Thorit((Th,U)SiO4)
11
2.1 THTR Brutreaktion
Brennstoff: U-235 / U-233
Brutreaktion zur Erzeugung von spaltbarem U-233
Th  01n 
232
90

min)
Th ( 22
, 2 

233
90

d)
Pa ( 26
,97

233
91
233
92
U
Moderator: Graphitkugeln
Kühlmittel: He
Hohe inhärente Sicherheit
Brennstoffwechsel bei laufendem Betrieb möglich
3 Strahlenbelastungen
In Deutschland
Daten aus: Volkmer, Radioaktivität & Strahlenschutz 2012
12
3.1 Natürliche Strahlenexposition in D
Ursache der Strahlendosis
kosmische Strahlung
terrestrische Strahlung
natürliche Inkorporationen
totale natürliche Strahlenbelastung
Effektive Dosisleistung [mSv/a]
Wertebereich für exponierte typischer Wert für die Einzelpersonen
Bevölkerung
0,3
0,3 ‐ 0,5
0,4
0,2 ‐3
1,4
0,5 ‐ 8
2,1
1 ‐ 10
Daten aus: Volkmer, Radioaktivität & Strahlenschutz 2012
3.2 Zivilisatorische
Strahlenexposition in D
Ursache der Strahlendosis
medizinische Anwendungen (2009)
Flugreisen
Industrieprodukte
Tschernobyl
Kernwaffentests
nukleare Energieerzeugung
fossile Energieerzeugung
Arbeitsumgebung bseP*
totale zivilisatorische Strahlenbelastung ohne bseP
Summe
Effektive Dosisleistung [mSv/a]
1,8
0,01 ‐ > 30
0,01
0,01 ‐ 3
0,001
< 0,001 ‐ 0,01
0,005
0,005 ‐ 0,02
0,005
0,002 ‐ 0,01
0,001
< 0,001 ‐ 0,01
0,001
< 0,001 ‐ 0,01
0,35
0,1 ‐ 20
1,8
3,9
0,01 ‐ > 30
*bseP beruflich strahlenexponiertes Personal
Daten aus: Volkmer, Radioaktivität & Strahlenschutz 2012
13
3.2 Beispiele für effektive Dosen
Ursache der Strahlendosis
Tödliche Dosis bei kurzzeitiger Ganzkörperbestrahlung
Schwere Strahlenkrankheit bei kurzzeitiger Ganzkörperbestrahlung
mit monatelanger Genesungsdauer, akute Todesfälle möglich
Vorübergehende Strahlenkrankheit bei kurzzeitiger Ganzkörperbestrahlung
Dosisgrenzwert für Feuerwehr und Katastrophenschutz für lebensrettende Einsätze
(Darf nur 1‐mal im Leben aufgenommen werden.)
Computertomographie des Brustkorbs
Hin‐ und Rückflug Frankfurt – New York
Effektive Dosis [mSv]
7000
4000
1000
250
6
0,1
Daten aus: Volkmer, Radioaktivität & Strahlenschutz 2012
3.2.1 Beispiele für effektive
Dosisleistungen
Ursache der Strahlendosis
Effektive Dosisleistung [mSv/a]
Natürliche Strahlenexposition in einem Wohnhaus in der Stadt Ramsar, Iran
Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Personen Kat A
Grenzwert für beruflich strahlenexponierte Personen Kat B
Mittlere effektive Dosis durch natürliche und künstliche Strahlenquellen in Deutschland
(davon etwa die Hälfte durch medizinische Anwendungen)
235
Dosis durch kosmische Strahlung
0,3
0,01
Genuss einer Zigarette täglich
20
6
3,9
Daten aus: Volkmer, Radioaktivität & Strahlenschutz 2012
14
3.3 Natürliche Radionuklide
C-14
(8 500 PBq)
T
(1 300 PBq)
K-40
Th-232, U-235, U-238
Ra-228, Ra, 226, Rn-222, Pb-210,
Po-218,...
vor 1955
Meerwasser:
100 Bq / m3
Oberflächengewässer
200 - 900 Bq / m3
3.4 Radioaktivität in Böden
Bodenart / Herkunft
Fränkischer Schiefer
Kalkstein
Granit
Basalt
Basalt
Basalt
Rohphosphat
Rheinsand
Bimsstein
K-40 Aktivität in Bq / kg
Hof
999
Pfalz
< 37
Italien
925
Hessen
444
Pfalz
222
Prag
444
Marokko
703
Speyer
407
Neuwieder
Becken
1036
15
3.4.1 Radioaktivität der Gesteine
Bodenart
K-40 Aktivität
[Bq/kg]
Th-232 Aktivität
[Bq/kg]
Ra-226 Aktivität
[Bq/kg]
Granit
1000
120
100
Tuff
1000
100
100
Gneis
900
45
75
Sandstein
500
25
20
Basalt
270
30
25
Kalkstein
90
5
25
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
3.4.2 Strahlung durch Gestein
Sedimentgestein
Sand, Ton, Kalk
0,1 - 2 mSv / a
Metamorphe Gesteine
Gneis, Biotitgneis
0,9 - 3 mSv / a
Magmatische Gesteine
Granit, Porphyre
0,9 - 5 mSv / a
16
3.4.3 Terrestrische Strahlung
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
3.4.3.1 Radioaktivität in Baustoffen
Gips, Holz, Kunststoff
Kalkstein, Sandstein
Ziegel, Beton
natürliches Gestein
Schlackenstein, Bimsstein
Mittlere Aktivität der Luft:
im Freien:
in Wohnungen
niedrig
hoch
14 Bq / m3
50 Bq / m3
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
17
3.5 Radioaktivität im Wasser
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
3.6 Kosmische Strahlung
Primärstrahlung:
Wechselwirkung mit
Sekundärstrahlung:
Neutrinos, Mesonen
14 N  1n 
7
0
p 93% , He 6,3 %
N - 14, O - 16
p, n,
14C  1p
6
1
18
3.6.1 Strahlenexposition
durch Höhenstrahlung
Höhe über dem Meeresspiegel in m
12000
3000
2000
1000
0
0,005
1,20
0,63
0,36
0,01
mSv / h
mSV / a
mSV / a
mSV / a
mSV / a
Dosisleistung [mSv/a]
0,5
1,0 1,5 2
3.6.2 Kosmische Strahlung



1

Hamburg
2
3
4
5
Höhe über Meeresspiegel [km]

München

Zugspitze

Großglockner
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
19
3.6.2.1 Kosmische Strahlenbelastung
exponierter Städte
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
3.6.3 Strahlenbelastung beim
Fliegen
Effektive Dosis durch Höhenstrahlung auf ausgewählten Flugrouten
Abflug
Ankunft
Dosisbereich* [µSv]
Frankfurt
Frankfurt
Frankfurt
Frankfurt
Frankfurt
Frankfurt
Frankfurt
Gran Canaria
Johannesburg
New York
Rio de Janeiro
Rom
San Francisco
Singapur
10 - 18
18 - 30
32 - 75
17 - 28
3-6
45 - 110
28 - 50
* Die Schwankungsbreite geht hauptsächlich auf die Einflüsse von
Sonnenzyklus und Flughöhe zurück.
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
20
3.6.4 Strahlenbelastung bei der
Raumfahrt
Flug
Erdumkreisung
Erdumkreisung
Mondumkreisung
Mondlandung
Mondlandung
APOLLO VII
SALJUT 6 / IV
APOLLO XI
APOLLO XI
APOLLO XIV
Flugdauer [h]
Dosis [mSv]
260
4 200
147
195
209
3,6
55
5,7
6
15
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
4 Die natürliche Aktivität
eines Standardmenschen
Radionuklid
Aktivität in Bq
K - 40
4 500
C -14
3 800
Rb - 87
650
Pb - 210, Bi - 210, Po – 210
60
Daughters Rn - 220
30
H-3
25
Be - 7
25
Daughters Rn - 222
15
Sonstige
7
Summe
9 112 (ca. 130 Bq / kg)
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
21
4.1 Natürliche Radionuklide in der
Nahrung
Bildquelle: www.bfs.de
4.1.1 Spezifische Aktivität in
Nahrungsmitteln
Stoff
Aktivität in Bq / kg
KCl
vegetarische Nahrungsmittel
Rentierleber (Po-210)
Paranüsse (Ra- 226)
15 944
40*
222
132
* Mittelwert
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
22
4.1.2 Aktivität eines Frühstücks
Nahrungsmittel
120 g Mischbrot
25 g Camenbert
25 g Corned Beef (Jugoslawien)
20 g Nuß-Nougat-Creme
125 ml schwarzer Tee (Türkei)
Aktivität in Bq
2,0
0,9
1,2
3,2
6,5
Nicht
verkehrsfähig !
100 g Quark
25 g Blaubeeren
0,2
2,4
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
4.1.3 Aktivität eines Mittagessens
Nahrungsmittel
150 g Wildfleisch (Niedersachsen)
60 g Nudeln, gekocht
200 g Maronen (Niedersachsen)
Aktivität in Bq
87,2
0,6
210,6
20 g Pfirsich (Konserve, Griechenland)
10 g Preisselbeermus (Skandinavien)
150 g Vanilleeis
50 g Kirschen
Nicht
verkehrsfähig !
1,0
0,0
3,0
16,7
Quelle: Volkmer – Radioaktivität und Strahlenschutz
23
4.1.4 Radioaktivität im Wildfleisch
Bayerischen Wald 2004
Cs-137
Wildschweine 80 - 40.000 Bq/kg  Mittelwert ~ 7.000 Bq/kg
Rehwild ~700 Bq/kg
Unterschiede  Ernährungsverhalten Wildschweinen fressen
unterirdisch wachsende Hirschtrüffeln  hohe Belastung
4.1.5 Mittlere Verzehrsraten
24
4.1.6 Mittlere Ingestionsdosis
4.1.7 Natürliche Radionuklide in
der Nahrung
Bildquelle: www.bfs.de
25
5 Radonbelastungen
Edelgas Radon
M
BP
Farbe:
=
=

MP
222,0176
- 61,8
°C
-196,0
°C
I
1H
3Li
4Be
5B
6C
3
4
5
6
11Na
12Mg
13Al
19K
37Rb
55Cs
20Ca
38Sr
56Ba
31Ga
49In
81Tl
7
87Fr
88Ra
113
1
2
II
III
IIII
=
=
V
9,73
- 71,0
- 72,0
VI
g/l
°C
°C
9F
VIII
2He
10Ne
16S
17Cl
18Ar
34Se
52Te
84Po
35Br
53I
85At
36Kr
116
117
118
7N
8O
14Si
15P
32Ge
50Sn
82Pb
33As
51Sb
83Bi
114
115
VII
54Xe
86Rn
5.1 Radon-Isotope
Rn-Isotop
Halbwertzeit
Rn-208
Rn-209
Rn-210
Rn-211
Rn-212
Rn-221
Rn-222
Rn-223
24,4
29
2,4
14,6
24
25
3,823
43
min
min
h
h
min
min
d
min
26
5.1.1 Radonentstehung
Transmission
Aerosole Regentropfen
5.1.2 Radon in Luft
Alle Rn-Folgeprodukte
sind Schwermetalle
27
5.1.3 Zerfallsdaten von Rn-222 und Rn-Töchtern
Nuklid

HWZ
Ra-226
1602
Rn-222
Po-218
Pb-214
3,82 d
3,05 min
26,8
min
Bi-214
19,9
min
Po-214
Pb-210
164,0
22,3
µs
a
Bi-210
Po-210
Pb-206
5,0
138,4
stabil
d
d

a
Strahlungsenergie in MeV


4,78 (94,5%)
4,59 (5,5%)
5,49
6,00
0,186 (5,5 %)
0,51 (< 0,08 %)
0,67 (50 %)
0,73 (40 %)
1,02 ( 6 %)
1,0 (23 %)
1,51 (40 %)
3,26 (19%)
0,352 (37, %)
0,295 (19, %)
0,241 ( 7, %)
0,609 (47, %)
1,120 (17, %)
1,764 (17, %)
0,015
0,061
1,161
0,047 ( 4, %)
7,69
5,30
5.1.4 Radioaktives Gleichgewicht
• säkulares Gleichgewicht nach t ~ 10 HWZ
1/2(1) >> 1/2 (2)
A(1) = A(2)
Zerfall des Mutternuklids vernachlässigbar
• transientes Gleichgewicht nach
1/2(1) > 1/2 (2)
Zerfall des Mutternuklids nicht vernachlässigbar
• kein radioaktives Gleichgewicht
1/2(1) < 1/2(2)
Vollständige Umwandlung in Tochternuklid
• langsame Einstellung, wenn: 1/2(1) ~ 1/2(2)
28
5.1.5 Radioaktives Gleichgewicht
einer Zerfallsreihe
Nuklid 1  Nuklid 2  Nuklid 3      Nuklid n
dN1
 1 N1
dt
dN 2
 1  N1  2  N 2
dt
dN 3
 2 N 2  2 3  N 3
dt

dN n
 n 1 N n 1  2 n  N n
dt
5.1.6 Anfangsbedingungen und Lösung
t  0 N1  N10 N 20  N 30      N n0  0
N n (t )  c1  e 1 t  c2  e 2 t  c3  e 3 t      cn  e n t
1  2    
(2  1 )  (3  1 ) 
1  2    
c2 
(1  2 )  (3  2 ) 
c1 
 n 1
 N10
    (n  1 )
 n 1
 N10
    ( n   2 )

cn 
1  2      n 1
 N10
(1  n )  (3  n )      (n 1  n )
29
5.1.7 Säkulares Gleichgewicht
1  2 , 3 ,  , n
N n  c1  e 1 t
c1 
1 0
 N1
n
N n 1  1/ 2 (n)


N1 n  1/ 2 (1)
An  A1
5.1.8 Radioaktives Gleichgewicht Ra-226 /
Rn-222
Bildung von Rn-222
3,5E+15
Aktivität [Bq]
3E+15
2,5E+15
2E+15
A
1,5E+15
1E+15
dN
N
dt
5E+14
0
0
20
40
60
80
Zeit [d]
30
5.1.9 Rn-222 und seine Töchter
N Po-218
Pb-210
Pb-214
Bi-214
40
80
120
t [min]
5.2 Radon in der Natur
31
5.2.1 Ra-226 Gehalt / Aktivitäten
von Gestein
Gestein
Granit
Mergel
Rotlehm
Schiefer
Diabas
Bundsandstein
Kalk
Quarzit
Basalt
Sand
µg.103kg
3,1
2,3
1,9
1,8
1,5
1,4
1,4
1,2
1,2
1,0
Bq.kg-1
115
85
70
59
56
52
52
44
44
37
Quelle: Veröffentlichungen des Fachverbandes für Strahlenschutz
5.2.2 Radon-Exhalation
Günstige Voraussetzungen:
• Trockene durchlässige Böden
– Lockeres Untergrundmaterial (z.B. Sand)
– Rissige Oberflächen mit Spalten (gestörte geologische
Formationen)
– Radiumhaltige Gesteinsformationen
– Magmagesteine
– Saure Silikatgesteine
• (Uran)Bergbau, Phosphatlagerstätten
• Sommer mit erhöhten Temperaturen
• Halbwertshöhe von Rn-222: 1 km Höhe
32
5.2.3 Exhalationsraten
Baustoff
Konzentration
in Bq.kg-1
Ra-226
Natursandstein
10
Porphyr
40
Kalksandstein
10
Ziegel, Klinker
50
Naturbims
60
Hüttenbims
70
Hüttenschlacke
75
Beton
50
Gasbeton
20
Naturgips
5
Chemiegips
Apatit
20
Phosphorit
260
Exhalationsrate in Bq.m-2.h-1
Th-232
10
22
15
15
50
55
20
10
15
15
Rn-222
1,0
3,3
0,9
0,2
1,5
0,7
0,6
1,1
1,0
0,2
Rn-220
170
150
90
30
180
150
110
70
60
30
15
15
0,4
24,1
150
80
Quelle: Veröffentlichungen des Fachverbandes für Strahlenschutz
Stolleneingang im Schwarzwald
Ca. 30 000 Bq.m-3 Eisenerze, Granit
33
5.2.4 Rn – Bodenkarte D
http://www.bfs.de/de/ion/radon/radon_boden/radonkarte.html
5.3 Radon in Wohnhäusern
Hohe Rn-222 Konzentrationen in der freien Atmosphäre bei
• großem Bodengehalt an natürlicher Radioaktivität
• hoher Exhalationsrate
• Inversionswetterlagen
• mittlere Rn-Konzentrationen in D in Außenluft: 3 bis 40 Bq.m-3
Hohe Rn-222 Konzentrationen in Wohnungen bei
• hohe Austauschrate mit der Bodenatmosphäre
• niedrige Austauschrate mit der freien Atmosphäre
• hohe Exhalationsrate des Baumaterials
• mittlere Rn-Konzentrationen in D in Wohnungen:
Mittelwert 50 Bq.m-3 Schwankungsbreite: 10 bis 10000 Bq.m-3
34
5.3.1 Eintrittspfade
Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz
5.3.2 Belüftungszyklen
Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz
35
5.3.3 Radonsanierung
Quelle: Bundesamt für Strahlenschutz
5.3.4 Rn - Gebäudekarte Deutschland
http://www.bfs.de/de/ion/radon/radon_in_haeusern.html/gebaeude_rn_landkreis.jpg
36
5.3.5 Konzentrationsbereiche
Ursachen:
•
•
Unzureichende Belüftung des Kellers
schadhafte Isolierung
Ermessensbereich für einfache Maßnahmen
> 250 Bq.m-3
– Einbringen einer Isolierschicht
– Unterdruckhaltung unter den Wohnbereichen
> 1000 Bq.m-3
Sanierungsbereich
– Aufwendige Sanierung je nach Situation empfohlen
> 15 000 Bq.m-3 schnellstmögliche Sanierung innerhalb eines Jahres
– Aufwendige Sanierung je nach Situation empfohlen
5.4 Gesundheitliche
Auswirkungen von Rn
Gesundheitsschäden:
• Geringes Lungenkrebsrisiko durch Rn-222 Inhalation
• geringe Löslichkeit im Körpergewebe
• lipidgängig Zerfallsprodukte, die an Partikeln haften,
werden bis zu 30 % je Atemzug ausgefiltert
• Rn-Töchter löslich in der Lungenflüssigkeit
• hohes Lungenkrebsrisiko durch Inhalation der
kurzlebigen Folgeprodukte Po-218, Po-214 und selektive
Bestrahlung des Bronchalephitels:
37
5.4.1 Schneeberger Krankheit
• 16. Jahrhundert: Agricola und Paracelsus berichten von einer
Bergarbeiterkrankheit
• 1900: Fritz Dorn entdeckt Rn-222
• 1870: Bergarbeiterkrankheit in Schneeberg und Joachimstal
(Silberminen)
• 1878: Lungenkrebs als Ursache der Bergarbeiterkrankheit
• 1950: Bergarbeiterkrankheit in Colorado (Uranminen)
• 1948 - 1982: Epidemologische Erhebungen an 30 000
Bergarbeitern, 5- 10 Jahre Latenzzeit, in CSSR, USA, Kanada,
Rn - Expositionen in unbelüfteten Untertagegruben
• 1987: Risikostudien zu Rn - Expositionen in Wohnhäusern
(Granit, etc...)
5.4.2 Mortalität
Radonkonzentration in
Bq/m3
Todesfälle
je 1.000 Nichtraucher
0
100
200
400
800
4,1
4,7
5,4
6,7
9,3
Todesfälle
je 1.000 Raucher
101
116
130
160
216
 Ein Raucher hat ein cirka 25fach höheres Lungenkrebsrisiko
als ein lebenslanger Nichtraucher
38
5.5 Radon - Äquivalentdosis
Konversionsfaktor für Lunge : pro Bq.a.m-3
1,3
mSv
(bronchial)
0,18
mSv
(pulmonal) *
Beispiel:
Exposition =
Hpul
=
Hbron
=
*
50 x 0,3 x 0,8
12 x
0,18
12 x
1,3
=
=
=
~12
2,16
15,6
Bq.m- 3 .a
mSv
mSv
Dosisfaktoren für Kinder sind möglicherweise um den
Faktor 1,5 - 2 mal größer
5.6 Radon - Messungen
Aktive Methoden:
• Probensammlung und Messung gleichzeitig vor Ort
• Impulsregistrierende Detektoren (Ionisationskammern)
Passive Methoden:
• Probensammlung vor Ort
• zeitlich und örtlich getrennte Auswertung
• Kernspurdetektoren
• Thermolumineszentdetektoren
• Aktivkohledosimeter
Spektrometrie:
• -, -, - Spektrometrie von Rn-222 bzw. Töchtern
39
5.6.1 Radonmessungen
mit Gasionisationsdetektoren
Gitterionisationskammer:
• Messung der -Strahlung durch Rn-222 Zerfall
• Luftansaugen mit Pumpe durch Filter
– auf dem Filter: Rn-Töchter
– durch das Filter Rn
• Peltierkühlung zum Trocknen der Luft
• Fenster zum Filtern der Rn-Töchter
• Empfindliche offene Zählrohre mit Impulsverstärker
(Ionisationskammerprinzip)
5.6.2 Radon-Monitor ATMOS
40
...mmm...
5.6.15 Radon in der Schweiz
Quelle: Bundesamt für Gesundheit, Schweiz
41
5.7 Radonkuren
• Trinkkuren: Trinken nach Mahlzeiten, kleine Mengen und
über eine halbe Stunde verteiltes Schlucken;
• Badekuren: über die Haut wird das Edelgas Radon bei
Wannenbädern aufgenommen, die im Wasser
enthaltenen Folgeprodukte des Radonzerfalls schlagen
sich auf der Haut nieder und tragen dort mit der
radioaktiven Strahlung zur Exposition des
Gesamtkörpers bei;
• Inhalationskuren: den Alveolen wird radonhaltige Luft
über die Atemwege zugeführt, das Edelgas gelangt
teilweise in das Kapillarblut.
5.7.1 Durchführung & Wirkungen
Durchführung der Kuren in alten Bergbaustollen
• mit Zerstäubungsanlagen
• mit Atemmasken
• Sitzungen in ein- bis mehrstündigen Intervallen.
Wirkungen
• Steigerung der Reparaturmechanismen (der Zell-DNA)
• Stimmulierung der Immunabwehr
• Einfluß der Strahlen-Hormesis (?)
42
5.7.2 Radon-Therapie
Was wird therapiert ?
•
•
•
•
•
•
•
•
Chronisch rheumatische Erkrankungen des Bewegungsapparates
Gelenkerkrankungen
Chronische Entzündungen von Gelenken, Muskeln oder Sehnen
Bechterew´sche Krankheit
Erkrankungen der Wirbelsäule
Neuralgien
Nachbehandlung von Sportverletzungen
Durchblutungsstörungen sowie schlecht heilende Wunden
5.7.3 Radon-Kurorte
Kurorte für Radontherapien in Deutschland :
• Bad Brambach im sächsischen Vogtland; Eröffnung 1912 Trinkund Badekuren.
• Bad Kreuznach; seit 1912 Nutzung eines radonhaltigen
Bergwerkstollens zur Inhalationstherapie.
• Bad Münster am Stein-Ebernburg; Nutzung für Wannenbäder
und Inhalationen.
• Sybillenbad/Neualbenreuth in der Oberpfalz, jüngste
Radonbadgründung Radonhaltige Wannenbäder.
• Bad Steben im Frankenwald; radonhaltige Kohlesäurequellen,
Trinkkuren.
• Schlema; Radonbad im Aufbau, Nachfolge des 1918 eröffneten
Bades im westlichen Erzgebirge.
43
6 Radionuklide im Körper
biologische Halbwertszeit unterschiedlich
bei unterschiedlichen Organen
bei unterschiedlichen Ernährungsgewohnheiten
1
Teff

1
Tbio

1
T phys
6.1 Biologische Halbwertszeiten
Radionuklid
H-3
C - 14
Sr - 90
K - 40
Cs - 137
Ra - 226
U-nat
Th - 232
I - 131
biologische HWZ
12
d
49 a
48 d
70 d
140 d
44,9 a
20 d
24,8 a
200 a
40 - 140 d
Speicherorgan
Gewebe / Wasser
Fett
Knochen
Muskulatur
Ganzkörper
Muskulatur
Knochen
Nieren / Knochen
Ganzkörper
Knochen
Schilddrüse
44
Übung 2
Wie groß ist die mittlere effektive
Halbwertszeit von I-131 ?
6.2 Radiotoxizität
Toxizität des ionisierenden Strahlers und seiner
Folgeprodukte
niedrig
U - nat, Tc - 99m
Cs - 137, Ba - 140
I - 131, Cs - 134
Ra - 226, Pu - 239
hoch
45
Übungsfragen
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
Welche natürlichen Zerfallsreihen kennen Sie ?
Wie liegt Uran in der Natur vor ? Isotopenverhältnis ?
Woher stammt die terrestrische Aktivität ?
Woher stammt die kosmische Strahlung ?
Woher stammt die Wasseraktivität ?
In welcher Gruppe im PS befinden sich Uran und Plutonium ?
Nennen Sie Merkmale von Uran und Thorium ?
Was ist eine Brutreaktion ?
Welches wissenschaftliche Interesse besteht an den OKLO Reaktoren ?
Wie groß ist die mittlere natürliche Radioaktivität in Deutschland ?
Wie groß ist die effektive Halbwertszeit von Cs-137 für Frauen?
Was versteht man unter Radiotoxizität?
Literatur
1.
2.
3.
Volkmer – Kernenergie Basiswissen; Volkmer – Radiaoaktivität und Strahlenschutz
Koelzer, Lexikon der Kernenergie
Krieger, H. Grundlagen der Strahlungsphysik; Vieweg + Teubner Verlag 2009
46
Pause
Ende
47
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48